Brian Groff, Continental Placer. Traducido por Pilar Esquivel, Noria Latín América

Publicado en la revista Machinery Lubrication (4/2017)

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Por lo general, cuando se les pregunta a los operadores de minas qué están haciendo en su programa de lubricación, la respuesta generalmente es que se efectúa el mantenimiento preventivo programado (PM, por sus siglas en inglés) y el análisis de aceite usado recomendado por el fabricante de la maquinaria.  Desafortunadamente, estas actividades por sí solas no forman un programa efectivo de mantenimiento.  Este artículo explorará las estrategias de lubricación para “maquinaria pesada”, que incluye maquinaria para movimiento de tierra como: palas mecánicas, palas hidráulicas, cargadores frontales, dragas y retroexcavadoras.

Falla de cajas de engranajes en palas mecánicas

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Un par de palas mecánicas que trabajan en la región carbonífera en el centro de los Apalaches, tenían cajas de engranajes planetarios en las unidades de tracción (es decir, las orugas). En promedio, una de las cuatro cajas de engranajes planetarios de las orugas en servicio fallaba cada seis a ocho meses. En un periodo de 2 años, era aceptable que las cuatro cajas de engranajes fuesen reemplazadas. Una caja de engranajes cuesta aproximadamente US $400,000 y el tiempo de entrega se incrementó a seis meses. Para complicar aún más la situación, la mayoría de las fallas fueron catastróficas y las cajas de engranajes no podían ser reconstruidas.

Entonces, ¿qué estaba causando que las cajas de engranajes fallaran? Se realizaban cambios de lubricante aproximadamente cada seis meses en los PM programados, y se tomaban muestras de aceite cada tres meses, pero estas tareas por sí solas no detectaban fallas. En consecuencia, era poco confiable para el equipo de mantenimiento que el análisis de aceite usado estuviese siendo efectivo.

Parte del problema era la falta de una línea de base del aceite nuevo contra la cual comparar los resultados del aceite usado.  Los lubricantes para “maquinaria pesada” generalmente tienen altas viscosidades (aproximadamente 1,000 centistokes) y paquetes de aditivos especiales.  La única forma de saber si se ha agotado el paquete de aditivos en el aceite usado es tener una referencia del aceite nuevo.

Otro problema eran las pruebas que se le realizan al aceite usado en laboratorio.  Los laboratorios venden un paquete de pruebas básicas que cuesta entre 15 y 20 USD por muestra. Por lo general, estas pruebas incluyen un reporte de espectrometría de emisión atómica de 19 elementos (AES, por sus siglas en inglés), una prueba de viscosidad y una de contenido de humedad, que generalmente se determina mediante una prueba de crepitación en una plancha caliente.

En “maquinaria pesada”, una cantidad normal de partículas de desgaste siempre se considera extremadamente alta para el laboratorio. Además, la prueba de espectrometría de emisión atómica de 19 elementos no mide todas las partículas mayores de 3 y 8 micrones, dependiendo del instrumento utilizado por el laboratorio.  Los componentes de la “maquinaria pesada” son mucho más grandes que lo normal, por lo que las partículas de desgaste también son más grandes. Simplemente, las pruebas estándar no muestran la imagen completa.

La solución

La solución fue desarrollar un conjunto de pruebas específico para la maquinaria con límites de alarma personalizados. Esto requiere de un conjunto de pruebas específicas de primera calidad para analizar el aceite usado.

Para las cajas de engranajes planetarios, se enviaron al laboratorio muestras de aceite nuevo para tener la referencia de una línea de base.

El conjunto de pruebas desarrollado estaba compuesto de: espectrometría de emisión atómica de 21 elementos, viscosidad, índice de acidez (AN), prueba de humedad por crepitación, espectrometría infrarroja (IR, por sus siglas en inglés) y ferrografía de lectura directa (DRF, por sus siglas en inglés) (vea la Tabla 1). La prueba DRF era necesaria para superar la limitante del tamaño de partícula a analizar con AES.

tabla1Tabla 1. Conjunto de pruebas personalizada para maquinaria pesada

Algunos laboratorios no ofrecen la prueba DRF, pero sí están en capacidad de realizar una prueba de índice de cuantificación de partículas ferrosas (Índice PQ, por sus siglas en inglés), la cual es una alternativa adecuada.

Inicialmente, la frecuencia de muestreo en las cuatro cajas de engranajes se hizo semanalmente, lo que hizo que los datos aumentaran y se pudo identificar lo que era considerado “normal”. El personal de mantenimiento pensó que esto era una exageración, pero se logró su aprobación y el apoyo de la gerencia.

Una de las cajas de engranajes era nueva y recién puesta en servicio. Después de dos semanas de operación, el equipo de mantenimiento tomó muestras a las cajas de engranajes. Cuando se recibió el reporte de análisis de aceite, se ordenó tomar una nueva muestra inmediatamente porque los niveles de aditivos del aceite usado no parecían correctos.  La muestra nueva confirmó que el paquete de aditivos del aceite nuevo se había agotado.  Esto no era extraño para el aceite nuevo en maquinaria nueva.  En términos sencillos, lo que sucedió fue que los aditivos se habían adherido a los componentes de la maquinaria y ya no estaban suspendidos en el aceite.

Se ordenó un cambio de aceite en la caja de engranajes, que había estado en servicio solo un mes.  El costo del cambio de aceite era de entre $3,000 y $4,000 USD, mientras que el costo de reconstruir una caja de engranajes estaba en el orden de los  USD $400,000. El sentido común para mantener esta maquinaria indicaba  cambiar el aceite aproximadamente cada seis meses. En la realidad, se cambiaba casi una vez al año.

El monitoreo se mantuvo en forma bimensual y se observó que el aceite en servicio mantenía sus condiciones durante tres o cuatro meses,  a partir del cual los aditivos comenzaban a agotarse y los niveles de oxidación a incrementarse. Con el conjunto de pruebas personalizadas y el monitoreo frecuente, el análisis de aceite fue capaz de determinar los intervalos adecuados para los cambios de aceite, y las fallas de las cajas de engranajes planetarios se detuvieron completamente.

Ahorros en costos

imgnn3El mantenimiento efectivo debe ser visto en función de los beneficios generados.  En el caso de estudio de este ejemplo, se presentaba una falla de una caja de engranajes cada seis meses, con un costo de $800,000 USD por año solo en repuestos. Suponiendo que con el programa de lubricación efectivo se lograría una vida útil de la caja de engranajes de cinco años, los costos de reemplazo ascenderían a $320,000 USD anuales para las cuatro unidades en servicio. Los costos del cambio de aceite, que incluyen dos cambios por año para cada caja de engranajes,  tienen un costo de $3,500 USD, para un total de $28,000 USD anuales por pala en el esquema actual. Con el nuevo esquema, este costo se incrementó a tres cambios de aceite por año por cada caja de engranajes, con un costo anual de $42,000 USD por pala. El costo del análisis de aceite usado era insignificante. Así que por un aumento de $14,000 USD en costos por el cambio de aceite, se generó una ganancia de $466,000 USD por año.  Los ahorros pueden ser aún mayores si solo se incurre en costos de reconstrucción y no en costos de reemplazo.

tabla2Tabla 2. Comparación de costos de mantenimiento hechos como siempre contra los costos de un programa de lubricación efectivo.

Tenga en cuenta que el intervalo de cambio de aceite dependía del tiempo de operación de la pala. Una pala operando en períodos prolongados, generalmente requiere un cambio de aceite inmediato. Los programas de lubricación efectivos identifican y monitorean modos de falla específicos, pero no hay un paquete estándar aplicable a “maquinaria pesada”.

Otras prácticas pueden también ser rentables, como la filtración de aceite fuera de línea, el uso de puertos de muestreo de aceite, colocar filtros de partículas con desecantes y la filtración magnética para sistemas de aceite en circulación, como los que a menudo se encuentran en dragas y palas.  Ya sea que tenga maquinaria pesada o de tamaño normal, conocer las imitaciones de la tecnología para monitorear el estado de sus activos y adaptar sus actividades de mantenimiento para superar estas limitantes será de gran importancia para lograr el éxito.